Digitális felvétel

A digitális hangrögzítés hang- vagy vizuális jelek tárolása bináris számjegyek sorozataként, amelyek mágnesszalagon, optikai lemezen vagy más adathordozón tárolhatók. Ezt a technológiát széles körben használják a zeneiparban és sok más területen.

A hang rögzítéséhez egy analóg-digitális átalakító a mikrofonból származó elektromos hanghullámot vagy egy analóg vizuális képet információvá alakítja át. Megjelenése óta a digitális technológia lassan, de biztosan felváltotta az analóg berendezéseket olcsósága és könnyű kezelhetősége miatt. Ma a digitális hang szinte minden stúdióban szabvány, mind a professzionális, mind az amatőr stúdiókban. Azonban meglepően kevesen értik igazán, hogyan működik. Tehát ma a digitális hang alapjairól fogunk beszélni a zene rögzítéséhez.

Teremtéstörténet

Száz év telt el az első hangrögzítő eszköz felfedezése és a digitális rögzítés bevezetése között. Ezalatt az idő alatt a folyamatos technológiai fejlődés, valamint a tudósok és technikusok végtelen innovációi a mechanikai hangrögzítés, -feldolgozás és -reprodukció számos különböző hullámát eredményezték. A hanglemezipar óriási lépést tett előre a számítógépek és a digitális hang feltalálásával. Egyszerű ónfóliákból és viaszhengerekből indult ki, amelyekre a hanginformációt a gramofonok rögzítőmembránja gyűjtötte össze és gondosan gravírozta. Ezután folytatódott a fejlesztés a kazetták terén, amelyek lehetővé tették a hallgatók számára, hogy élvezhessék a többcsatornás hangzást.

A japánok voltak a digitális felvétel úttörői, akik még a 60-as évek végén meg tudták őrizni egy ilyen felvételt mágnesszalaggal és bemutatni a nagyközönségnek. Tíz év alatt bemutatták a Sony hangrögzítőt. Képes volt digitális hangot készíteni analógból, VHS-en tárolva. Ennek ellenére a zenét még mindig bakeliten árulták.

A dolgok az 1970-es évek végén kezdtek megváltozni, amikor a Sony és a Panasonic elkezdte bemutatni a CD-ket, egy igazi digitális adathordozót, amely akár 150 percnyi kiváló minőségű hang tárolására is képes. A CD egy vékony alumínium fóliaréteg segítségével tárolja az információkat, amelyre több millió bit adat van rányomtatva, lézerrel leolvasható és elektronikusan analóg jellé alakítható mintázatban.

A CD-k megjelenése végül lehetővé tette a mérnökök számára, hogy kiküszöböljék a tű és a tárolóanyag közötti súrlódás okozta zajt. Ez és sok más előny tette lehetővé, hogy a CD-k az egyik legnépszerűbb hanghordozóvá váljanak a 20. század végén és a 21. század elején. A zeneipar azonban szkeptikusan fogadta a CD-ket, mert szinte tökéletes hangminőséget biztosítottak, és a felhasználók könnyen kalózkodtak. E problémák megoldására 1987-ben létrehoztak egy másik digitális médiát, a digitális audiokazettát (DAT). Ez az új formátum mérsékelt sikert aratott Észak-Amerikában, és ma is a professzionális hangfelvételek manipulálásának egyik kedvelt módjaként él.

A 21. század első éveiben a digitális hangzás terjedt el, amely nem volt kötve a fizikai médiához. A tömörítési kodekek (elsősorban MP3-ak), az internetes infrastruktúra fejlődése és a személyes digitális lejátszók miniatürizálása lehetővé tette a felhasználók számára, hogy bárhová magukkal vigyék digitális felvételeiket. Bár az 1990-es évek végén volt néhány befolyásos MP3-lejátszó, a zeneipar jelentősen megváltozott az Apple iPod megjelenésével. Ez az a rendkívül népszerű audiolejátszó, amely megalapozta a mai digitális zeneboltokat és az ügyfelek internetes terjesztési infrastruktúráját.

Összehasonlítás az analóg felvétellel

Az 1970-es évek digitális forradalma előtt az analóg felvételek voltak az egyedüliek széles körben. Különféle, mára elavult módszereket alkalmaztak, például hosszú lejátszású (LP) lemezeket, nyolcsávos szalagokat (fém- vagy mágnesszalagon) és hangkazettákat. A huszadik század elejétől az 1970-es évekig az analóg rendszer ideálisnak tűnt a rögzítéshez, de a század végi számítógépes forradalommal a digitális feldolgozás nagy sebessége és egyéb jellemzői nemcsak lehetővé tették, hanem egyre alkalmasabbá tették a digitális rögzítést sokak számára. alkalmazások.

Fontos szerepet játszottak a számítógépek, optikai lemezek, lézerlejátszók és egyéb eszközök tömeggyártása miatt folyamatosan csökkenő költségek is. A digitális felvétellel könnyebben érhető el a nagy pontosságú lejátszás, mert megfelelő megvalósítás mellett széles dinamikatartományt és alacsony zajt és torzítást biztosít.

Digitális felvételi formátumok

A digitális hangfájlok többféle formátumban hozhatók létre. Általában két kategóriába sorolhatók - tömörített és tömörítetlen.

A tömörített formátumok (például az MP3) sokkal kisebb fájlmérettel rendelkeznek, mint a tömörítetlen formátumok, de feláldozzák a hangminőséget. A hordozható eszközök (például az MP3-lejátszók) kompromisszumot kapnak az alacsonyabb minőség és a több ezer fájl tárolásának képessége között. A streaming szolgáltatások (például a Spotify) minősége javítható, ha Wi-Fi-t használ, vagy jó adatkapcsolattal rendelkezik.

Hangfájlokat szekvenszerekkel lehet létrehozni. Vannak fizetős és ingyenes szolgáltatások is, mint például az Amped Studio, amely lehetővé teszi zenék létrehozását és szerkesztését, összetett mixek készítését, hangfelvételt és még sok mást online. Az ebben a programban létrehozott műsorszámok különböző digitális formátumokba menthetők, amelyekről az alábbiakban lesz szó. Felvételeit megoszthatja barátaival is, és együtt szerkesztheti is.

Tömörítetlen formátumok

Az ilyen formátumok tekinthetők a legjobb adattárolási módnak a kiváló minőségű lejátszás érdekében, mivel nagyon kevés feldolgozás szükséges az audioadatok előállításához. A tömörebb formátumok egyes rendszereken hangösszeomlást okozhatnak.

AIFF – Apple szabvány

WAVE (vagy WAV) – a tömörítetlen CD-minőségű hang szabványa PCM formátumú felvételt használó Windows rendszereken. A CD-minőségű felvétel mintavételi frekvenciája 44,1 kHz 16 bites felbontás mellett.

Fájlméret: körülbelül 10,1 MB percenként. Ez az adat minden CD-minőségű WAV-fájlnál ugyanaz, mivel a fájl mérete csak a fájl hosszától függ, a hangtartalomtól nem.

BWF (Broadcast Wave Format) – hordozható hangrögzítőkben és digitális audio munkaállomásokon használatos műsorszóráshoz.

Veszteségmentes tömörítés

Az ebbe a kategóriába tartozó formátumok teljes hanginformációt tartalmaznak. De csökkentett fájlmérettel a hatékonyabb adattárolás rovására.

Veszteségmentes WMA (Windows Media Audio) – digitális jogkezelési (DRM) lehetőséggel a másolás elleni védelem érdekében.

ALAC (Apple Lossless Audio Codec) – nyílt forráskódú és 2011 óta ingyenesen használható (bár eredetileg az Apple tulajdonában volt).

FLAC (Free Lossless Audio Codec) – nyílt forráskódú, ingyenes formátumú licenc.

Veszteséges tömörítés

MP3 – a Motion Picture Expert Group (MPEG) által az MPEG1 videószabvány részeként kifejlesztett tömörített hangfájlformátum, amelyet később az MPEG2 Layer 3 szabványra bővítettek.

A hangfájl gyakorlatilag nem hallható részeinek kiiktatásával az mp3-fájlokat a megfelelő PCM-fájl méretének körülbelül egytizedére tömörítjük, miközben megőrzi a jó hangminőséget.

Két paraméter állításával módosíthatja az MP3 fájl minőségét és méretét:

• Bitráta;
• Mintavételi gyakoriság.

MP4 vagy M4A – az AAC-tömörítésen alapuló MP3 utódja.

M4P – Az AAC szabadalmaztatott változata MP4 formátumban digitális jogkezeléssel, amelyet az Apple fejlesztett ki az iTunes Music Store-ból letöltött zenékhez.

OGG Ogg Vorbis – Szabadalommentes, nyílt forráskódú tömörített hangformátum.

A digitális rögzítés előnyei és hátrányai

A digitális technológia számos lehetőséget kínál a felhasználóknak. Például régen egy felvétel készítéséhez olyan stúdiókat kellett használni, amelyek sok helyet foglaltak el és sok pénzbe kerültek. Most már csak egy nagy teljesítményű számítógépre van szüksége, amely sokszor erősebb, mint egy stúdió, és sokkal olcsóbb.

Az ilyen akadálymentesítés nemcsak profik, hanem amatőrök számára is lehetővé teszi hangfelvételek készítését. A ma használatos programok gyakorlatilag korlátlan lehetőséget adnak a hangfeldolgozásra, míg korábban valódi eszközöket használtak erre a célra. Most már néhány kattintással egyedi hatást hozhat létre az Amped Studio-ban.

A hétköznapi felhasználók számára a digitális hangrögzítésnek számos előnye is van:

• sok adathordozó nagyon kompakt, és évekig képes tárolni a digitális felvételeket flash meghajtókon, CD-ken stb.;
• speciális szoftver lehetővé teszi a régi felvételek megtisztítását, valamint a zajtól való megszabadulást;
• ráadásul minden hang szerkeszthető effektusok, hangerő, frekvencia stb. hozzáadásához.

Az internetnek köszönhetően a felhasználók lehetőséget kaptak arra, hogy kedvenc zenéiket elküldjék egymásnak, több tízezer különböző számot hallgathassanak meg, illetve saját zenei műveiket publikálhassák.

Ezenkívül az analóg rendszereknek megvan az a hátránya, hogy a torzítás növekszik lejátszás és újrafelvétel közben. Minden egymást követő példány rosszabbul lesz hallható. Digitális rögzítési rendszerben ez a torzítás nem fordul elő. A fő felvétel minimális kvantálási hibával rendelkezhet, de a másolás nem rontja azokat. Egy digitális mester több ezer másolatot tud készíteni torzítás nélkül. Hasonlóképpen, a CD-n lévő digitális média több ezerszer lejátszható torzítás nélkül.

Az biztos, hogy a digitális technológiának megvannak a maga hátrányai. Fejlődésükkel sokan kezdték észrevenni, hogy az analóg felvételek „élőbb hangzásúak”. De ez nem csak a régi idők iránti nosztalgia. Minden a digitalizálásról szól, ami időnként hibákat okoz a hangzásban. Ezenkívül a „tranzisztorzaj” saját beállításokat végezhet. Ennek a fogalomnak nincs egységes értelmezése, de jelentése egy magas frekvenciájú kaotikus rezgés. Bár az emberi fül úgy van kialakítva, hogy a 20 kHz-nél nem magasabb frekvenciákat érzékelje, agyunk a jelek szerint magasabb frekvenciákat is képes érzékelni. Ez a funkció arra késztet bennünket, hogy az analóg hang tisztább, mint a digitális hang.

Ezenkívül minden adathordozó tökéletlen a por vagy egyéb szennyeződések miatt, amelyek megakadályozzák, hogy a berendezés adatokat rögzítsen az adathordozón. Az analóg rögzítésnél a hibák hallható zajként jelennek meg, míg a digitális felvételnél a bitfolyamban olyan hibákat okoznak, amelyek zajhoz vagy lejátszási hibához vezethetnek. A probléma megoldása érdekében hibajavító kódokat ágyaznak be az adatfolyamba. Ezen kódok némelyike ​​nagyon összetett lehet, és az adatok több tárhelyet is elfoglalhatnak. Az eredmény azonban egy rendkívül megbízható lemezlejátszás ésszerű mennyiségű porral és karcokkal.

A digitális rögzítés legfontosabb fogalmai

Bitek és bájtok

A bit a legkisebb elem, amely adatokat tartalmaz a számítógép memóriájában. Nyolc bit alkot egy bájtot, amelyet a számítógépek teljes elemként kezelnek.

Nagy sűrűségű

Ez azt jelenti, hogy nagyméretű audio-, video- vagy adatfájlokat lehet kis helyen tárolni.

Digitális rögzítési paraméterek

A digitális felvétel minőségét befolyásoló paraméterek a következők:

• Az analóg-digitális konverter (ADC) és a digitális-analóg konverter (DAC) felbontása;
• Az ADC és a DAC mintavételi frekvenciája;
• ADC és DAC jitter (jeltorzítás);
• Túlmintavétel.

Ezenkívül az alábbi beállítások fontos szerepet játszanak:

• Mennyi zaj van a jelekhez képest;
• A nemlineáris típus torzításának mértéke;
• Intermodulációs interferencia;
• Amplitúdó és frekvencia szabálytalanságok;
• A kölcsönös csatornabehatolás folyamata;
• Tartománydinamika.

A digitális rögzítési folyamat leírása

A felvétel a következőképpen történik:

1. Az analóg jelet továbbítják az ADC-hez;
2. Ennek a jelnek az átalakítása, amely során az analóg hullámot sokszor mérik. Ezután hozzá kell rendelni a bináris értéket a bitek számával (szóhosszúsággal);
3. Ezután következik a mintavételezés, amely az a frekvencia, ahol az ADC méri az analóg hullám szintjét;
4. Az előre beállított szóhossz, amely a hang digitális mintája, az egy másodperces hangszintet jelenti;
5. A szóhossz nagysága határozza meg a hanghullámforma szintkijelzésének pontosságát;
6. A digitális jel frekvenciája a mintavételezési frekvencia hangmagasságától függ;
7. Az eredményül kapott digitális hangminták, amelyek állandó számfolyamot alkotnak, az ADC-re kerülnek;
8. Az így kapott bináris számok ezután különféle adathordozókon tárolhatók.

A lejátszás módja:

1. A számok a médiumhordozóról a DAC-ra kerülnek, amely a szintadatok egyesítésével visszaállítja őket analóggá. Ez visszaállítja az analóg hullámformát a korábbi formájára;
2. A jel felerősödik, és elkezdődik a hangszórókra vagy a képernyőkre történő továbbítás.

Következtetés

A digitális rögzítés forradalmasította a zeneipart és azon túl is, analóg elődjét a történelembe zárva. Előnyeinek és megfizethetőségének köszönhetően a technológia számos területen talált alkalmazásra, és nehéz elképzelni nélküle a mai világot.